Tajemniczy obiekt na peryferiach galaktyki
HLX-1 to jasne źródło promieniowania rentgenowskiego zlokalizowane w zwartej gromadzie gwiazd, należącej do dużej galaktyki eliptycznej. Co ciekawe, obiekt ten znajduje się na jej obrzeżach – mniej więcej 40 000 lat świetlnych od centrum galaktyki. Dzieli nas od niego dystans około 450 milionów lat świetlnych w kierunku gwiazdozbioru Herkulesa.
Pierwsze informacje o istnieniu tego obiektu pojawiły się już w 2009 roku, gdy Obserwatorium Chandra wykonało zdjęcie rentgenowskie tego obszaru. Późniejsze obserwacje prowadzone przez kosmiczne obserwatorium XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) ujawniły intrygujące zmiany w jego jasności.
Rentgenowski dowód
Kluczową wskazówką potwierdzającą charakter czarnej dziury o masie pośredniej jest specyficzna emisja promieniowania rentgenowskiego. Dane wskazują, że temperatura tej emisji sięga około 3 milionów stopni, co jest typowe dla zjawiska zwanego rozerwaniem pływowym – momentu, gdy czarna dziura pochłania materię gwiazdy, która się do niej za bardzo zbliżyła.
Czytaj także: Naukowcy odkryli nietypową czarną dziurę. Takiej jeszcze nikt nie widział
Teleskop Hubble’a dostarczył kolejnych istotnych informacji. Badacze odkryli dowody na istnienie niewielkiej, gęstej gromady gwiazd otaczającej rzeczoną czarną dziurę. Gwiazdy w tej gromadzie są upakowane niezwykle ciasno, dzielą je zaledwie miesiące świetlne, co stanowi obfite źródło „pożywienia” dla głodnego obiektu centralnego.
Poszukiwane brakujące ogniwo
Czarne dziury o masie pośredniej (IMBH) od dawna stanowią jedną z największych zagadek astronomii. Jak zauważa Yi-Chi Chang, jeden z naukowców zaangażowanych w badanie:
Źródła promieniowania rentgenowskiego o tak ekstremalnej jasności rzadko występują poza jądrami galaktyk i mogą służyć jako klucz do identyfikacji nieuchwytnych IMBH. Stanowią one kluczowe brakujące ogniwo w ewolucji czarnych dziur między masą gwiazdową a supermasywnymi czarnymi dziurami. — Yi-Chi Chang, badacz
Dla zrozumienia znaczenia tego odkrycia, warto przypomnieć podstawy. W centrach galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury, których masa sięga milionów, a nawet miliardów mas Słońca. Równocześnie, galaktyki pełne są mniejszych czarnych dziur o masach gwiazdowych, zwykle nieprzekraczających stu mas Słońca.
Największym wyzwaniem pozostają właśnie czarne dziury o pośredniej masie (IMBH), których waga plasuje się pomiędzy setkami a setkami tysięcy mas Słońca. Są niezwykle trudne do wykrycia, gdyż pochłaniają mniej materii niż ich supermasywne odpowiedniki, emitując przy tym znacznie słabsze promieniowanie. Astronomowie często mogą je „przyłapać” jedynie podczas aktu destrukcji – rozerwania pływowego gwiazdy, co właśnie zaobserwowano w przypadku HLX-1.
Odkrycie IMBH ma kluczowe znaczenie dla naszego rozumienia, jak powstawały największe struktury we wszechświecie. Obecnie istnieją dwie główne teorie tłumaczące narodziny supermasywnych czarnych dziur: według pierwszej, IMBH stanowią swoiste zalążki, które łączą się ze sobą i akreują materię; druga zakłada, że supermasywne czarne dziury mogły powstać w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się ogromnych obłoków gazu we wczesnym wszechświecie, pomijając etap formowania się gwiazd. Każde nowo odkryte IMBH przybliża nas do rozstrzygnięcia, która z tych ścieżek dominowała.
Co dalej z tajemnicą IMBH?
Obserwacje HLX-1 przyniosły fascynujące, ale też rodzące pytania dane. Jasność obiektu osiągnęła maksimum około 2012 roku, a następnie systematycznie słabła do roku 2023.
Ta zmienność intryguje badaczy. Roberto Soria, astronom zaangażowany w projekt, podkreśla:
Jeśli IMBH pożera gwiazdę, ile czasu zajmuje jej połknięcie gazu gwiazdy? W 2009 roku HLX-1 była dość jasna. Potem w 2012 roku była około 100 razy jaśniejsza. A potem znowu osłabła. — Roberto Soria, astronom
Kluczowe teraz jest śledzenie dalszych losów obiektu. Nadzieję na przełom w statystycznym poznaniu tych obiektów budzą nowe instrumenty, takie jak Obserwatorium Very C. Rubin. Ten potężny teleskop finansowany przez amerykańską National Science Foundation i Department Energii, będzie w stanie wykrywać ślady rozerwań pływowych w świetle optycznym nawet na odległościach setek milionów lat świetlnych.
Czytaj także: Czekali 20 lat na ten moment. Pierwsze zdjęcia z teleskopu Rubin zapierają dech w piersiach
Soria wyraża ostrożny optymizm:
Więc jeśli będziemy mieć szczęście, znajdziemy więcej swobodnie przemieszczających się czarnych dziur nagle stających się jasnymi w zakresie promieniowania rentgenowskiego wskutek rozerwania pływowego. Jeśli uda nam się przeprowadzić badanie statystyczne, dowiemy się, ile z tych IMBH istnieje, jak często rozrywają gwiazdy. — Roberto Soria, astronom
Odkrycie HLX-1 to ważny krok, lecz dopiero początek długiej drogi do rozwikłania zagadki czarnych dziur o masie pośredniej. Zrozumienie ich natury, liczebności i roli w kosmicznej ewolucji może w końcu odpowiedzieć na fundamentalne pytanie: jak powstały pierwsze olbrzymy tkwiące w sercach galaktyk? Choć odpowiedzi nie poznamy szybko, każde takie znalezisko przybliża nas do pełniejszego obrazu historii wszechświata.